Verborgen in zelfs de helderste wateren van de oceaan zijn aanwijzingen voor wat er op wereldschaal met de zeeën en het klimaat gebeurt. Sporenhoeveelheden van verschillende chemische elementen worden overal in de zeeën aangetroffen en kunnen onthullen wat er gaande is met de biologische reacties en fysieke processen die daarin plaatsvinden.

Onderzoekers zijn al jaren bezig om te begrijpen wat deze sporenelementen ons precies kunnen vertellen over de oceaan. Dit omvat hoe microscopisch kleine algen koolstof uit de atmosfeer opnemen via fotosynthese op een manier die voedsel produceert voor veel zeeleven, en hoe deze koolstofvastlegging en biologische productie veranderen als reactie op klimaatverandering.

Maar nu hebben wetenschappers voorgesteld dat ze misschien ook kunnen leren hoe deze systemen lang geleden werden beïnvloed door klimaatverandering door diep in de zeebodem te graven om het sedimentaire record van vroegere sporenelementen te vinden. En het begrijpen van het verleden kan de sleutel zijn om uit te zoeken wat er in de toekomst zal gebeuren.

Sporenelementen kunnen ons verbazingwekkend veel over de oceanen leren. Bijvoorbeeld, oceaanzinkconcentraties lijken opvallend veel op de fysieke eigenschappen van diepe wateren die enorme hoeveelheden warmte en voedingsstoffen over de planeet verplaatsen via de "oceaantransportband". Dit opmerkelijke verband tussen zink en oceaancirculatie wordt nog maar net begrepen door observaties en modelleringsstudies met hoge resolutie.

Sommige sporenelementen, zoals ijzer, zijn essentieel voor het leven, en anderen, zoals barium en neodymium, onthullen belangrijke informatie over de biologische productiviteit van algen. Verschillende isotopen van deze elementen (varianten met verschillende atoommassa's) kunnen licht werpen op de soorten en snelheden van chemische en biologische reacties die plaatsvinden.

Veel van deze elementen worden slechts in verwaarloosbaar kleine hoeveelheden aangetroffen. Maar de laatste jaren, een ambitieus internationaal project genaamd GEOTRACES heeft geavanceerde technologische en analytische methoden gebruikt om sporenelementen te bemonsteren en te analyseren en de chemie van de moderne oceaan tot in ongekend detail te begrijpen. Dit geeft ons tot nu toe het meest complete beeld van hoe nutriënten en koolstof zich door de oceanen verplaatsen en hoe ze de biologische productie beïnvloeden.

Koolstoffabrieken

Biologische productie is een kluwen van verschillende processen en cycli. Primaire productie is de hoeveelheid koolstof die door algen wordt omgezet in organische stof. Netto exportproductie verwijst naar de kleine fractie van deze koolstof gebonden in organisch materiaal dat uiteindelijk niet door de microben als voedsel wordt gebruikt en in de diepte zakt. Een nog kleiner deel van deze koolstof zal uiteindelijk worden opgeslagen in sediment op de oceaanbodem.

Evenals koolstof, deze algen vangen en slaan een verscheidenheid aan sporenelementen op in hun organische stof. Dus door gebruik te maken van alle chemische informatie die ons ter beschikking staat, we kunnen een volledig beeld krijgen van hoe de algen groeien, zinken en begraven worden in de oceanen. En door te kijken hoe verschillende metalen en isotopen zijn geïntegreerd in oude lagen sedimentair gesteente, we kunnen deze veranderingen in de tijd reconstrueren.

Dit betekent dat we deze sedimentaire archieven kunnen gebruiken als proxy-records van nutriëntengebruik en netto primaire productie, of exportproductie, of dalende tarieven. Dit zou ons in staat moeten stellen een begin te maken met het beantwoorden van enkele van de mysteries over hoe oceanen worden beïnvloed door klimaatverandering, niet alleen in de relatief recente geschiedenis van de aarde, maar ook in de verre tijd.

Bijvoorbeeld, en ons te informeren over actieve processen in de moderne oceaan, wetenschappers hebben geanalyseerd wat zinkisotopen zijn in fossielen van de zeebodem van tienduizenden jaren geleden, en zelfs in oude rotsen van meer dan een half miljard jaar geleden. De hoop is dat ze deze informatie kunnen gebruiken om een ​​beeld te reconstrueren van de veranderingen in mariene nutriënten doorheen de geologische geschiedenis.

Maar dit werk komt met een waarschuwing. We moeten onze kennis over moderne biogeochemie samenbrengen met ons begrip van hoe gesteenten worden gevormd en geochemische signalen worden bewaard. Hierdoor kunnen we er zeker van zijn dat we robuuste interpretaties kunnen maken van de proxy-records van de prehistorische zeebodems.

Hoe gaan we dit doen? In december 2018, wetenschappers van GEOTRACES ontmoetten leden van een ander onderzoeksproject, PAGINA'S, die experts zijn in het reconstrueren van hoe de aarde heeft gereageerd op de klimaatverandering in het verleden. Een benadering die we hebben ontwikkeld, is om in wezen achteruit te werken.

Eerst moeten we ons afvragen:welke archieven (shells, sediment korrels, organische stof) worden bewaard in mariene sedimenten? Vervolgens, welke van de bruikbare metaal- en isotopensignaturen uit zeewater worden in deze archieven opgesloten? Kunnen we aan de hand van materiaal van het oppervlak van diepzeesedimenten nagaan of deze archieven wel degelijk bruikbare en nauwkeurige informatie over oceanische condities opleveren?

De vraag kan ook worden omgedraaid, waardoor we ons kunnen afvragen of er nieuwe isotopensystemen zijn die nog moeten worden onderzocht. We willen weten of GEOTRACES interessante patronen in de oceaanchemie heeft ontdekt die het begin zouden kunnen zijn van nieuwe proxy's. Als, we kunnen deze oceaanarchieven misschien gebruiken om licht te werpen op hoe de opname van koolstof in mariene organische stof reageert op, en fungeert als feedback op, klimaat in de toekomst.

Bijvoorbeeld, zal een warmere wereld met meer koolstofdioxide de groei van algen bevorderen, die dan meer van deze overtollige CO₂ zou kunnen absorberen en zou kunnen helpen om de door de mens veroorzaakte koolstofemissies te doorbreken? Of zal de productiviteit van algen afnemen, minder organisch materiaal opsluiten en verdere atmosferische opwarming in de toekomst stimuleren? De geheimen kunnen allemaal in de zeebodem liggen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.